Syntetisaattori

Question: Koska keksittiin syntetisaattori soittimena?



Syntetisaattori (tai puhekielessä myös syntikka) on musiikin ja efektien luomiseen käytettävä ääntä tuottava elektroninen laite. Yleensä syntetisaattoreita ohjataan pianon koskettimistoa muistuttavalta laitteelta, mutta on olemassa myös esimerkiksi kitarasyntetisaattoreita sekä syntetisaattoreita, joita ei ole tarkoitettu käsin soitettavaksi.
Moog ja varhaiset syntetisaattorit
Modernien syntetisaattorien historian tärkeimpiä henkilöitä oli yhdysvaltalainen Robert Moog. Hän alkoi rakentaa Theremin-soittimia 1950-luvulla lähinnä omana harrastuksenaan, ja vuonna 1964 ilmestyi ensimmäinen laajempaan käyttöön tarkoitettu Moog-syntetisaattori, jonka kantavana ideana oli analogielektroniikalla toteutettu vähentävä synteesi, jossa oskillaattorin signaali ohjataan suotimen läpi. Samanaikaisesti Don Buchla suunnitteli vastaavaa laitetta avantgardistisen musiikin tuottamiseksi.


Vaikka Moogin osuus syntetisaattorien historiassa on kiistaton, rakennettiin ensimmäiset elektroniset instrumentit jo 1800-luvun viimeisellä neljänneksellä. Moogin luomusten lisäksi mainitsemisen arvoisia elektronisia soitininstrumentteja tässä yhteydessä ovat ainakin Theremin (1917), Ondes Martenot (1928) ja Trautonium (1930).
Modulaarinen syntetisaattori
Ensimmäiset analogiset syntetisaattorit olivat rakenteeltaan modulaarisia. Niissä jokainen elektroninen yksikkö oli erillinen laitekokonaisuuteen asennettava moduuli. Moduulien etupaneeleissa käytettiin erilaisia liittimiä, joilla ne voitiin yhdistää keskenään kaapeleilla käyttäjän haluamalla tavalla. Koskettimisto oli myös irrallinen ja sillä voitiin soittaa vain yhtä säveltä kerrallaan sillä syntetisoija oli monofoninen.
Modulaarisyntetisaattori oli sitä käyttävän muusikon kannalta rakenteeltaan hyvin joustava. Sen kokoonpanoa voitiin tarpeen tullen muuttaa, tai jo syntetisaattoria tilattaessa se voitiin rakentaa muusikon toiveiden mukaisesti. Soittimen moduuleita voitiin yhdistää lähes mielivaltaisella tavalla.
Modulaarisyntetisaattorin käyttäminen ei aluksi ollut helppoa. Muusikon oli myös ymmärrettävä audiosignaalin elektronisen prosessoinnin perusteet, jotta soitin voitiin saada tuottamaan muusikon näkemyksen mukainen ääni.
Perusmallisessa, soitininstrumentiksi kelpaavassa syntetisaattorissa on tavallisesti vähintään seuraavanlaisia moduuleita:
VCO eli jänniteohjattu oskillaattori, joka toimii varsinaisena äänen alkulähteenä. Oskillaattori tuottaa sellaisia aaltomuotoja, jotka ovat yleisillä ja yksinkertaisilla elektroniikan peruskytkennöillä toteutettavissa, esimerkiksi siniaaltoa, saha-aaltoa (ramppiaaltoa), kolmioaaltoa ja kanttiaaltoa. Nämä aaltomuodot, pois lukien siniaalto, sisältävät paljon yläsävelkerrannaisia perustaajuuteen nähden, mikä mahdollistaa niiden luovan muokkaamisen suotimien avulla. Useammalla oskillaattorilla saadaan sointuääneen enemmän kuoromaista laajuutta eli chorus-efektiä sekoittamalla eri aaltomuotoja keskenään ja virittämällä oskillaattoreiden perustaajuudet hieman toisistaan poiketen. Jänniteohjatun oskillaattorin tuottamaa taajuutta ohjataan siihen ulkopuolelta tuodulla sähköjännitteellä, joka tavallisemmin saadaan koskettimistolta. Oskillaattorin taajuutta voidaan kytkentäkaapeleiden avulla ohjata tarvittaessa myös muusta moduulista.
VCF eli jänniteohjattu signaalisuodatin. Suodattimia on kolmea eri tyyppiä: alipäästösuodatin (LPF), kaistanpäästösuodatin (BPF) ja  ylipäästösuodatin (HPF). Kaistanpäästösuodattimesta on olemassa myös käänteisesti toimiva versio eli kaistanestosuodatin (BRF). Yleisesti syntetisaattoreissa käytetään kolmea aiemmin mainittua suodintyyppiä tai vähintään yhtä alipäästösuodatinta (LPF). Suodattimen rajataajuuksia säädetään moduulin omista säätimistä tai siihen ulkopuolelta, toisesta moduulista tuodulla ohjausjännitteellä. Lisäksi suodattimissa on yleensä myös resonanssikytkennällä varustettu ominaisuus, jolla korostetaan suodattimesta läpiajettavan signaalin voimakkuutta juuri rajataajuuden kohdalla.
VCA eli jänniteohjattu vahvistin. Tällä moduulilla soinnille voidaan antaa sen lopullinen äänenvoimakkuudellinen muoto kuten akustisillakin soittimilla yleensä on. Vahvistimen läpi ajettavan signaalin äänenvoimakkuus ohjautuu siihen tuotavalla sähköjännitteellä, tavallisemmin verhokäyrägeneraattorin (ADSR) tuottamalla ohjausjännitteellä. VCA:lle voidaan tuoda ohjausjännite myös jostain muusta moduulista ja siten muokata sointia amplitudimodulaatiolla.
ADSR tai jokin muu verhokäyrägeneraattori (vaippageneraattori). Generaattorin yleisin tarkoitus on luoda sointia varten ominainen, tietyin aikavälein muuttuva äänenvoimakkuuden ohjaus. Tavallisemmin sen tuottama muuttuva kontrollijännite ohjataan jänniteohjattuun vahvistimeen. Verhokäyräjännitteillä voidaan toki ohjata mitä tahansa muutakin moduulia, kuten suodatinta tai oskillaattoria. Generaattorin luoma verhokäyräjännite tavallisesti käynnistetään koskettimiston alaspainalluksesta, mutta sen käynnistämistä voidaan ohjata myös muustakin pulssilähteestä.
Näiden lisäksi modulaarisessa syntetisaattorissa on yleensä myös muitakin moduuleja, esimerkiksi:
Kohinageneraattori
Matalataajuusoskillaattori (LFO)
Rengasmodulaattori[1][2]
Signaalin näytteytys (sampleri)
Signaalin kääntäjä
Summaus- ja erotusvahvistin
Viive audiosignaaleille tai ohjausjännitteille
Särö tai jokin muu aaltomuodon muokkaukseen tarkoitettu moduuli (waveshaper)
Signaalimiksereitä
Sekvensseri
Kannettavat syntetisaattorit
Modulaariset syntetisaattorit ovat yleensä hyvin monipuolisia, mutta raskasrakenteisia soitininstrumentteja, joiden käyttötarkoitus on etupäässä 
musiikkistudioissa. Niiden seuraajiksi kehitettiin yksinkertaistettuja syntetisaattoreita, jotka sisälsivät syntetisaattorin tavallisemmat perusmoduulit kiinteästi asennettuina. Moduulit olivat sisäisesti kytketty toisiinsa audiosignaalitien kannalta toimivaan järjestykseen, jolloin liitoskaapeleiden käyttöä ei enää tarvittu. Yleisesti käytetty perusesimerkki oli sijoittaa ohjauspaneeliin moduulit ja sen säätimet vasemmalta oikealla järjestyksessä VCO, VCF, ADSR ja VCA. Lisäksi näissä syntetisaattoreissa oli koskettimisto siihen kiinteästi asennettuna.
Kannettavista syntetisaattoreista valmistettiin myös sekamalleja, joissa moduulit olivat kiinteästi laitteeseen asennettuja ja sisäisesti valmiiksi toisiinsa peruskytkettyjä, mutta niitä voitiin tarvittaessa kytkeä myös ulkopuolisilla liitoskaapeleilla käytön joustavuuden parantamiseksi. Eräs tunnetuin tällainen syntetisaattorimalli on yhdysvaltalaisen ARP-yhtiön valmistama ARP 2600, joka voitiin kannen kanssa sulkea yhdeksi matkalaukuksi kuljetusta varten.
1980-luvulla kehitettiin musiikin esitystilannetta varten syntetisaattoreita, joissa on kitaran tavoin olkahihnassa kannettava koskettimisto. Näitä soitetaan lavalla useimmiten yhdellä kädellä. Toiselle kädelle jää kahva, jonka vieressä sijaitsevat vibrato ja glide-säätimet. Tällaiset syntetisaattorit eivät ole kovin yleisiä. Myös kitarasyntetisaattorit, joihin äänen arvot syötetään koskettimiston sijasta sähkökitaran kaltaiselta ohjaimelta tai kitaraan asennetun lisälaitteiston avulla tulivat tunnetuiksi 1980-luvulla.
Ohjelmoitavat syntetisaattorit
Ohjelmoitavissa analogisissa syntetisaattoreissa otettiin asteittain mukaan digitaalitekniikka, joka mahdollisti syntetisaattoreiden käytön paremmin live-esiintymisessä. Sen lisäksi digitaalitekniikka toi mukanaan myös polyfonisuuden, eli useamman kuin yhden sävelen soittamisen samanaikaisesti.
Suurin hyöty digitaalitekniikan lisäämisestä analogisiin syntetisaattoreihin oli säädinasetusten tallettaminen ja niiden kutsuminen muistista, jolloin erilaisia ohjelmoituja sointuääniä voitiin vaihtaa nopeasti.
Digitaalinen ohjelmoitavuus poisti vähitellen syntetisaattorin käyttöpaneelista pyöritettävät säätimet ja niistä tuli enemmän pelkillä näppäimillä käytettäviä. Nykyään on markkinoille ilmestynyt joitakin syntetisaattorimalleja, joissa audiosignaalitie on täysin analoginen ja säätimet perinteisesti kierrettävillä nupeilla toteutettuja vanhan käyttötavan suosivia muusikoita varten, mutta säädinasetukset tallentuvat syntetisaattorin sointumuistiin edelleen digitaalisesti. Tällaiset soitinmallit ovat täysin uutta suunnittelumallia ja vanhoista tunnetuista analogisista syntetisaattorimalleista uudelleen tuotantoon toteutettuja.
Elektroniikan kehittyessä myös syntetisaattoreissa yleistyi erilliskomponentit korvaavien IC-piirien käyttö. IC-piirit tekivät varsinkin oskillaattoreiden toiminnasta vakaampaa. Aikaisempien erilliskomponenteilla rakennettujen syntetisaattoreiden oskillaattoreita vaivasi niiden sävelkorkeuden muuttuminen, jonka yleisenä syynä oli komponenttien aiheuttamasta lämpenemisestä johtuva ominaisuuksien muuttuminen.[3]
Digitaaliset syntetisaattorit
Nykyaikaisissa syntetisaattoreissa käytetään aaltomuotojen synnyttämiseen analogisten oskillaattorien sijasta usein digitaalisia ääninäytteitä (wavetable-synteesi) tai analogisten syntetisaattoreiden ääntä imitoimaan pyrkiviä funktioita (mallintava synteesi). 
Digitaalisissa syntetisaattoreissa audiosignaalin prosessointi tapahtuu joko osittain tai täysin digitaalisesti. Osittaisessa prosessoinnissa äänen alkulähde luodaan digitaalisesti, joten varsinaisia analogisia oskillaattoreita soittimessa ei ole, mutta alkuääni muokataan edelleen analogisilla kytkennöillä. Täysin digitaalisissa soittimissa analogiääntä jäljittelevä signaali käsitellään alusta loppuun saakka digitaalisesti.
1980-luvulla kehitettiin digitaalisten syntetisaattoreiden ja muiden digitaalisten musiikki-instrumenttien yhdistämiseksi MIDI-väylä, jolla eri valmistajien soittimia voidaan ohjata keskenään. Ennen MIDI-standardia syntetisaattoreiden ulkopuoliseen ohjaamiseen käytettiin kontrollijänniteliitäntöjä (CV).
Digitaalisista syntetisaattoreista on olemassa myös erikoistapauksia, joissa sointuäänen muokkaamiseen ei käytetä lainkaan perinteisiä audiosignaalin prosessointeja. Näistä tavoista esimerkkinä ovat 80-luvun popmusiikille tunnusomainen Yamahan käyttämä FM-synteesi, ja Casion kehittämä PD-synteesi (Phase Distortion). Ainakin Kawai on valmistanut additiiviseen synteesiin perustuvia syntetisaattoreita, joissa ääni generoidaan laskemalla yhteen siniaaltoja.
Ensimmäisten digitaalisten syntetisoijien puutteena oli hankala ohjelmointi käyttöliittymien ollessa vaikeaselkoisia. Tämä teki soinnin parametrien muutoksesta soittotilanteessa käytännössä mahdotonta. Tämä johti sinänsä laajojen valmiiden sointivalikoimien käyttöön eikä syntetisoijan varsinaisia ominaisuuksia välttämättä hyödynnetty.[4] Yamahan DX 7:n sähköpianosointi on tästä tunnettu esimerkki. Samasta syystä ohjelmoitaessa äänelle jonkin parametrin muuttamisen myötä tapahtuvaa muutosta on vaikea hahmottaa toisin kuin analogisessa syntetisoijassa, jossa kytkimien asennosta voi kokemuksen perusteella päätellä, miltä ääni kuulostaa ja minkä parametrin muutos tuo halutun tuloksen.
Vastauksena ongelmaan markkinoille tuli ns. virtuaalianalogisia syntetisoijia. Niissä käyttöliittymä on analogisen syntetisoijan kaltainen vaikka itse sointivärejä tuottava ja muokkaava tekniikka on digitaalista. Tämä mahdollistaa muutokset itse soittotilanteessa ja tekee sointivärin luomisen ja rakenteen ymmärtämisen helpommaksi. Ohjelmistosyntetisaattorit niitä varten valmistettuine koskettimistoineen, joissa on parametrien säätömahdollisuus, ovat varsinkin studiotyöskentelyssä korvanneet nämä.[4]
Ohjelmistosyntetisaattorit
Tietokonesyntetisaattoreissa tai virtuaali-instrumenteissa (engl. software synthesizer) äänen synteesi voi tapahtua yksinomaan tietokoneessa laskemalla. Tietokoneiden alkuaikoina laskenta tapahtui hitaasti reikäkorteilla ohjaten ja tulos kirjoitettiin magneettinauhalle. Sittemmin prosessoriteho on kasvanut niin, että laskenta ja äänenmuodostus voivat tapahtua reaaliajassa samalla kun käyttäjä vääntää aidon kolmiulotteisen näköisiä säätönappuloita hiirellä kuvaruudulta ja kuulee välittömästi lopputuloksen.
Nykyään monista ohjelmistosyntetisaattoreista on kasvanut kokonaisia virtuaalistudioita eli softastudioita, jotka sisältävät jo itsessään kaikki äänen syntetoimisen, säveltämisen ja signaaliprosessoinnin toiminnot. Tällaisia ohjelmia ovat mm. FL Studio, ReBirth RB-338, Reason, Orion (Platinum) ja Jeskola Buzz (Tracker), joilla voi periaatteessa tehdä kappaleen alusta loppuun koti-PC:ssä ilman mitään ulkoisia ohjelmia tai laitteita. Tietokoneohjelmina on olemassa myös virtuaalisia VSTi syntetisaattoreita. Ne ovat plugineita joiden käyttämiseen tarvitaan jokin virtuaalistudio.
Tunnettuja syntetisaattoreiden valmistajia
ARP (Yhdysvallat)
Yhtiötä ei enää olemassa. Tunnetuimmat soitinmallit 2500, 2600 ja Odyssey
Korg omistaa ARP- tuotenimen ja on 2015 tuonut markkinoille alkuperäistä mukailevan Korg ARP Odyssey- mallin 
Casio (Japani)
Tunnetuimmat soitinmallit WK- ja CZ-mallisarja
Clavia (Ruotsi)
Tunnetuimmat soitinmallit Nord Lead ja Nord Wave
Dave Smith Instruments (Yhdysvallat)
Tunnetuin soitinmallisarja Mopho ja uudistettu Prophet
Doepfer (Saksa)
Tunnetuimmat soitinmallit A-100-modulaarisyntetisaattorit
EMS (Englanti)
Tunnetuin soitinmalli EMS VCS 3
Korg (Japani)
Tunnetuimmat soitinmallit Triton, OASYS ja MS-mallisarja
Moog (Yhdysvallat)
Tunnetuin soitinmalli Minimoog, josta on myös moderni variaatio Moog Voyager
Oberheim (Yhdysvallat)
Tunnetuimmat soitinmallit Oberheim 8 voice ja erilliset SEM-mallisarjan moduulit
Roland (Japani)
Tunnetuimmat soitinmallit Fantom, Juno- ja Jupiter-mallisarjat
Rolandin GR - mallisto on merkittävä kitarasyntetisaattoreiden kehityksessä
Sequential Circuits (Yhdysvallat)
Yhtiötä ei enää olemassa. Tunnetuin soitinmalli Prophet-mallisarja
Yamaha (Japani)
Tunnetuimmat soitinmallit DX- ja Motif-mallisarjat, analoginen CS sarja
Katso myös
Sähköurut
Lähteet
Lindeman, Osmo: Elektroninen musiikki, s. 114. Helsinki: Otava, 1980. ISBN 951-1-04817-1.
Arvola, Tapani & Kämäräinen, Gudrun & Tapio, Brita: Musiikki ja me, s. 203. Helsinki: Musiikki Fazer, 1980. ISBN 951-757-068-6.


Viitteet

Aiheesta muualla

*
Luokka:Kosketinsoittimet
Luokka:Sähköiset soittimet
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit